Структура файловой системы Linux
Файловая система в ОС Linux, как и в ОС Windows, представляет собой иерархическую структуру каталогов и файлов (в виде дерева), но при этом имеет ряд кардинальных отличий.
Структура каталогов
В ОС Windows жесткие диски называются латинскими буквами (С:, D:, . ), и каждый из дисков представляет собой корневой каталог с собственным деревом папок. Подключение же нового устройства приведет к появлению нового корневого каталога со своей буквой (например, F:). В ОС Linux файловая система представлена единым корневым каталогом, обозначаемым как слэш (/). Соответственно, при данной файловой структуре не диски содержат каталоги, а каталог — диски.
Подключение внешних носителей
В ОС Linux имеется процедура монтирования: когда подключается съемный носитель или диск, файл устройства будет виден в каталоге /dev (devices). Чтобы увидеть содержимое этого устройства, его нужно смонтировать в отдельную директорию /mnt. Также файловая система позволяет примонтировать его и в любое другое место, например /home.
Понятие файла
Понятие «файл» в Linux имеет несколько другое значение, нежели в Windows. «Файлом» можно назвать обычный файл, содержащий данные, и интерпретируемый программой. Директория также является «файлом», содержащим в себе ссылки на другие директории или файлы с данными. Файлы устройства указывает на драйвер, благодаря которому система взаимодействует с физическими устройствами. Имеются и многие другие типы файлов.
Принцип установки программ
Если в Windows программы, зачастую, хранят все данные в одной папке, например в «C:Program FilesProgramName», то в Linux файлы программы разделяются по каталогам в зависимости от типа. Например, исполняемые файлы в /bin, библиотеки в /lib, файлы конфигураций в /etc, логи и кэш в /var.
Регистр имен
Также стоит отметить чувствительность файловой системы Linux к регистру. Файлы Temp.txt и temp.txt будут интерпретироваться как разные файлы и могут находиться в одной директории, в отличие от ОС Windows, который не различает регистр имен. То же правило действует и на каталоги — имена в разных регистрах указывают на разные каталоги.
Назначение каждой директории регламентирует «Стандарт иерархии файловой системы» FHS (Filesystem Hierarchy Standard). Ниже опишем основные директории согласно стандарту FHS:
Стандарт иерархии файловой системы
- / — root каталог. Содержит в себе всю иерархию системы;
- /bin — здесь находятся двоичные исполняемые файлы. Основные общие команды, хранящиеся отдельно от других программ в системе (прим.: pwd, ls, cat, ps);
- /boot — тут расположены файлы, используемые для загрузки системы (образ initrd, ядро vmlinuz);
- /dev — в данной директории располагаются файлы устройств (драйверов). С помощью этих файлов можно взаимодействовать с устройствами. К примеру, если это жесткий диск, можно подключить его к файловой системе. В файл принтера же можно написать напрямую и отправить задание на печать;
- /etc — в этой директории находятся файлы конфигураций программ. Эти файлы позволяют настраивать системы, сервисы, скрипты системных демонов;
- /home — каталог, аналогичный каталогу Users в Windows. Содержит домашние каталоги учетных записей пользователей (кроме root). При создании нового пользователя здесь создается одноименный каталог с аналогичным именем и хранит личные файлы этого пользователя;
- /lib — содержит системные библиотеки, с которыми работают программы и модули ядра;
- /lost+found — содержит файлы, восстановленные после сбоя работы системы. Система проведет проверку после сбоя и найденные файлы можно будет посмотреть в данном каталоге;
- /media — точка монтирования внешних носителей. Например, когда вы вставляете диск в дисковод, он будет автоматически смонтирован в директорию /media/cdrom;
- /mnt — точка временного монтирования. Файловые системы подключаемых устройств обычно монтируются в этот каталог для временного использования;
- /opt — тут расположены дополнительные (необязательные) приложения. Такие программы обычно не подчиняются принятой иерархии и хранят свои файлы в одном подкаталоге (бинарные, библиотеки, конфигурации);
- /proc — содержит файлы, хранящие информацию о запущенных процессах и о состоянии ядра ОС;
- /root — директория, которая содержит файлы и личные настройки суперпользователя;
- /run — содержит файлы состояния приложений. Например, PID-файлы или UNIX-сокеты;
- /sbin — аналогично /bin содержит бинарные файлы. Утилиты нужны для настройки и администрирования системы суперпользователем;
- /srv — содержит файлы сервисов, предоставляемых сервером (прим. FTP или Apache HTTP);
- /sys — содержит данные непосредственно о системе. Тут можно узнать информацию о ядре, драйверах и устройствах;
- /tmp — содержит временные файлы. Данные файлы доступны всем пользователям на чтение и запись. Стоит отметить, что данный каталог очищается при перезагрузке;
- /usr — содержит пользовательские приложения и утилиты второго уровня, используемые пользователями, а не системой. Содержимое доступно только для чтения (кроме root). Каталог имеет вторичную иерархию и похож на корневой;
- /var — содержит переменные файлы. Имеет подкаталоги, отвечающие за отдельные переменные. Например, логи будут храниться в /var/log, кэш в /var/cache, очереди заданий в /var/spool/ и так далее.
Источник
Организация файловой системы
Файл — это понятие, привычное любому пользователю компьютера. Для пользователя каждый файл — это отдельный предмет, у которого есть начало и конец и который отличается от всех остальных файлов именем и расположением («как называется» и «где лежит»). Как и любой предмет, файл можно создать, переместить и уничтожить, однако без внешнего вмешательства он будет сохраняться неизменным неопределенно долгое время. Файл предназначен для хранения данных любого типа — текстовых, графических, звуковых, исполняемых программ и многого другого. Аналогия файла с предметом позволяет пользователю быстро освоиться при работе с данными в операционной системе.
Для операционной системы Linux файл — не менее важное понятие, чем для её пользователя: все данные, хранящиеся на любых носителях, обязательно находятся внутри какого-нибудь файла, в противном случае они просто недоступны ни для операционной системы, ни для её пользователей. Более того, все устройства, подключённые к компьютеру (начиная клавиатурой и заканчивая любыми внешними устройствами, например, принтерами и сканерами) Linux представляет как файлы (так называемые файлы-дырки). Конечно, файл, содержащий обычные данные, сильно отличается от файла, предназначенного для обращения к устройству, поэтому в Linux определены несколько различных типов файлов. В основном пользователь имеет дело с файлами трёх типов: обычными файлами, предназначенными для хранения данных, каталогами и файлами-ссылками, именно о них и пойдёт речь в данной лекции, о файлах других типов см. лекцию Работа с внешними устройствами.
файл Отдельная область данных на одном из носителей информации, у которой есть собственное имя.
Система файлов: каталоги
Файловая система с точки зрения пользователя — это «пространство», в котором размещаются файлы, наличие файловой системы позволяет определить не только «как называется файл», но и «где он находится». Различать файлы только по имени было бы слишком неэффективным: про каждый файл приходилось бы помнить, как он называется и при этом заботиться о том, чтобы имена никогда не повторялись. Более того, необходим механизм, позволяющий работать с группами тематически связанных между собой файлов (например, компонентов одной и той же программы или разных главы одной диссертации). Иначе говоря, файлы нужно систематизировать.
файловая система Способ хранения и организации доступа к данным на информационном носителе или его разделе. Классическая файловая система имеет иерархическую структуру, в которой файл однозначно определяется полным путём к нему.
Linux может работать с различными типами файловых систем, которые различаются списком поддерживаемых возможностей, производительностью в разных ситуациях, надёжностью и другими признаками. Подробнее о работе Linux с разными файловыми системами речь пойдёт в лекции Работа с внешними устройствами. В этой лекции будут описаны возможности файловой системы Ext2/Ext3, на сегодня de facto стандартной файловой системы для Linux.
Большинство современных файловых систем (но не все!) используют в качестве основного организационного принципа каталоги. Каталог — это список ссылок на файлы или другие каталоги. Принято говорить, что каталог содержит в себе файлы или другие каталоги, хотя в действительности он только ссылается на них, физическое размещение данных на диске обычно никак не связано с размещением каталога. Каталог, на который есть ссылка в данном каталоге, называется подкаталогом или вложенным каталогом. Каталог в файловой системе более всего напоминает библиотечный каталог, содержащий ссылки на объединённые по каким-то признакам книги и другие разделы каталога (файлы и подкаталоги). Ссылка на один и тот же файл может содержаться в нескольких каталогах одновременно, это может сделать доступ к файлу более удобным. В файловой системе Ext2 каждый каталог — это отдельный файл особого типа (« d », от англ. «directory»), отличающийся от обычного файла с данными: в нём могут содержаться только ссылки на другие файлы и каталоги.
В файловой системе Linux нет папок и документов. Есть каталоги и файлы, возможности которых куда шире.
Довольно часто вместо термина каталог можно встретить папка (англ. folder). Этот термин хорошо вписывается в представление о файлах как о предметах, которые можно раскладывать по папкам, однако часть возможностей файловой системы, которая противоречит этому представлению, таким образом затемняется. В частности, с термином «папка» плохо согласуется то, что ссылка на файл может присутствовать одновременно в нескольких каталогах, файл может быть ссылкой на другой файл и т. д. В Linux эти возможности файловой системы весьма важны для эффективной работы, поэтому будем всюду использовать более подходящий термин «каталог».
В файловой системе, организованной при помощи каталогов, на любой файл должна быть ссылка как минимум из одного каталога, в противном случае файл просто не будет доступен внутри этой файловой системы, иначе говоря, не будет существовать.
Имена файлов и каталогов
Допустимые имена
Главные отличительные признаки файлов и каталогов — их имена. В Linux имена файлов и каталогов могут быть длиной не более 256 символов, и могут содержать любые символы, кроме « / ». Причина этого ограничения очевидна: этот символ используется как разделитель имён в составе пути, поэтому не должен встречаться в самих именах. Причём Linux всегда различает прописные и строчные буквы в именах файлов и каталогов, поэтому « methody », « Methody » и « METHODY » будут тремя разными именами.
Есть несколько символов, допустимых в именах файлов и каталогов, которые, при этом, нужно использовать с осторожностью. Это — так называемые спецсимволы «*», « \ », « & », « », « > », « ; », « ( », « ) », « | », а также пробелы и табуляции. Дело в том, что эти символы имеют особое значение для любой командной оболочки, поэтому нужно будет специально позаботиться о том, чтобы командная оболочка воспринимала эти символы как часть имени файла или каталога. О специальном значении символа « — » для команд Linux уже шла речь в лекции Терминал и командная строка, там же обсуждалось, как изменить его интерпретацию.
Символ « — » означает, что следующее слово — ключ, а пробелы и табуляции разделяют параметры в командной строке.
О том, зачем командной оболочке нужны спецсимволы, речь пойдёт в лекции Возможности командной оболочки.
Кодировки и русские имена
Как можно было заметить, пока во всех встречавшихся именах файлов и каталогов употреблялись только символы латинского алфавита и некоторые знаки препинания. Это не случайно и вызвано желанием обеспечить, чтобы приводимые примеры совершенно одинаково выглядели на любых системах. В Linux в именах файлов и каталогов допустимо использовать любые символы любого языка, однако такая свобода требует жертв, на которые Мефодий, например, пойти не смог.
Дело в том, что с давних пор каждый символ (буква) каждого языка традиционно представлялся в виде одного байта. Такое представление накладывает очень жёсткие ограничения на количество букв в алфавите: их может быть не больше 256, а за вычетом управляющих символов, цифр, знаков препинания и прочего — и того меньше. Обширные алфавиты (например, иероглифические японский и китайский) пришлось заменять упрощённым их представлением. Вдобавок, первые 128 символов из этих 256 лучше всегда оставлять неизменными, соответствующими стандарту ASCII, включающему латиницу, цифры, знаки препинания и наиболее популярные символы из тех, что встречаются на клавиатуре печатной машинки. Интерпретация остальных 128 символов зависит от того, какая кодировка установлена в системе. Например, в русской кодировке KOI8-R 228-й символ такой таблицы соответствует букве «Д», а в западноевропейской кодировке ISO-8859-1 этот же символ соответствует букве «a» с двумя точками на ней (как у нашей буквы «ё»).
Имена файлов, записанные на диск в одной кодировке, выглядят нелепо, если при просмотре каталога была установлена другая. Хуже того. Многие кодировки заполняют диапазон символов с номерами от 128 то 255 не полностью, поэтому соответствующего символа может вообще не быть! Это означает, что ввести такое искажённое имя файла с клавиатуры (например, для того, чтобы его переименовать) напрямую не удастся, придётся пускаться на разные ухищрения, описанные в лекции Возможности командной оболочки. Наконец, многие языки, в том числе и русский, исторически имеют несколько кодировок.
Мефодий и сам несколько раз получал электронные письма, начинающиеся словами «бНОПНЯ» или «бМХЛЮМХЕ» — результат представления текста, имеющего кодировку CP-1251, в кодировке KOI8-R.
К сожалению, в настоящее время нет стандартного способа указывать кодировку прямо в имени файла, поэтому в рамках одной файловой системы стоит придерживаться единой кодировки при именовании файлов.
Существует универсальная кодировка, включающая символы всех письменностей мира — UNICODE. Стандарт UNICODE в настоящее время получает всё бОльшее распространение и претендует на статус общего для всех текстов, хранящихся в электронной форме. Однако пока он не достиг желаемой универсальности, особенно в области имён файлов. Один символ в UNICODE может занимать больше одного байта — и в этом главный его недостаток, так как множество полезных прикладных программ, отлично работающих с однобайтными кодировками, необходимо основательно или даже полностью перерабатывать для того, чтобы научить их обращаться с UNICODE. Возможно, причина недостаточной распространённости этой кодировки также и в том, что UNICODE — очень громоздкий стандарт, и он может оказаться неэффективным при работе с файловой системой, где скорость и надёжность обработки — очень существенные качества.
Это не означает, что называя файлы, не следует использовать языки, отличные от английского. Пока точно известно, в какой кодировке задано имя файла — проблем не возникнет. Однако Мефодий решил, что гарантий в передаче названного по-русски файла на какую-нибудь другую систему можно добиться только передавая вместе с ним настройку кодировки, даже две: в своей системе и в системе адресата (неизвестно какой!). Другой, гораздо более лёгкий, способ передать файл — использовать в его названии только символы ASCII.
Расширения
Многим пользователям знакомо понятие расширение — часть имени файла после точки, обычно ограничивающаяся несколькими смволами и указывающая на тип содержащихся в файле данных. В файловой системе Linux нет никаких предписаний по поводу расширения: в имени файла может быть любое количество точек (в том числе и ни одной), а после последней точки может быть любое количество символов.
В отличие от старых файловых систем, организованых по принципу «8+3» (DOS, ISO9660 и т. п.), где в имени файла допустимо не более одной точки и расширение может быть не длиннее 3-х символов. Это ограничение определило вид многих из известных сегодня расширений файлов, например, « txt » для текстового файла.
Хотя расширения не обязательны и не навязываются технологией в Linux, они широко используются: расширение позволяет человеку или программе, не открывая файл, только по его имени определить, какого типа данные в нём содержатся. Однако нужно учитывать, что расширение — это только набор соглашений по наименованию файлов разных типов. Строго говоря, данные в файле могут не соответствовать заявленному расширению по той или иной причине, поэтому всецело полагаться на расширение просто нельзя.
Определить тип содержимого файла можно и на основании самих данных. Многие форматы предусмотривают указание в начале файла, как следует интерпретировать дальнейшую информацию: как программу, исходные данные для текстового редактора, страницу HTML, звуковой файл, изображение или что-то другое. В распоряжении пользователя Linux всегда есть утилита file , которая предназначена именно для определения типа данных, содержащихся в файле.
[methody@localhost methody]$ file — -filename-with-
-filename-with-: ASCII English text
[methody@localhost methody]$ file /home/methody
/home/methody: directory
Пример 1. Определение типа данных в файле
Мефодий, забыв, что содержится в файле « -filename-with- », который он создал на прошлой лекции, хотел было уже посмотреть его содержимое при помощи команды cat . Однако его остановил Гуревич, который посоветовал сначала выяснить, что за данные содержатся в этом файле. Не исключено, что это двоичный файл исполняемой программы, в таком файле могут встречаться последовательности, которые случайно совпадут с управляющими последовательностями терминала. Поведение терминала после этого может стать непредсказуемым, а неопытный Мефодий вряд ли сможет с ним справиться. Мефодий получил вполне точный ответ от утилиты file : в его файле — английский текст в кодировке ASCII. file умеет различать очень многие типы данных и почти наверняка выдаст правильную информацию. Эта утилита никогда не «доверяет» расширению файла (если оно присутствует), и анализирует сами данные. file различает не только разные данные, но и разные типы файлов, в частности, сообщит, если исследуемый не является обычным файлом, а, например, каталогом.
Дерево каталогов
Понятие каталога позволяет систематизировать все объекты, размещённые на носителе данных (например, на диске). В большинстве современных файловых систем используется иерархическая модель организации данных: существует один каталог, объединяющий все данные в файловой системе — это «корень» всей файловой системы, корневой каталог. Корневой каталог может содержать любые объекты файловой системы, и в частности, подкаталоги (каталоги первого уровня вложенности). Те, в свою очередь, также могут содержать любые объекты файловой системы и подкаталоги (второго уровня вложенности) и т. д. Таким образом. всё, что записано на диске — файлы, каталоги и специальные файлы — обязательно «принадлежит» корневому каталогу: либо непосредственно (содержится в нём), либо на некотором уровне вложенности.
Иерархию вложенных друг в друга каталогов можно соотнести с иерархией данных в системе: объединить тематически связанные файлы в каталог, тематически связанные каталоги — в один общий каталог и т. д. Если строго следовать иерархическому принципу, то чем глубже будет уровень вложенности каталога, тем более частным признаком должны быть объединены содержащиеся в нём данные. Если этому принципу не следовать, то вскоре окажется гораздо проще складывать все файлы в один каталог и искать нужный среди них, чем проделывать такой поиск по всем подкаталогам системы. Однако в этом случае о какой бы то ни было систематизации файлов говорить не приходится.
Структуру файловой системы можно представить наглядно в виде дерева, «корнем» которого является корневой каталог, а в вершинах расположены все остальные каталоги.
Здесь имеется в виду дерево в строгом математическом смысле: ориентированный граф без циклов с одной корневой вершиной, в котором в каждую вершину входит ровно одно ребро.
На рис. изображено дерево каталогов, курсивом обозначены имена файлов, прямым начертанием — имена каталогов.
Иллюстрация 1. Дерево каталогов в Linux
В любой файловой системе Linux всегда есть только один корневой каталог, который называется « / ». Пользователь Linux всегда работает с единым деревом каталогов, даже если разные данные расположены на разных носителях: нескольких жёстких или сетевых дисках, съёмных дисках, CD-ROM и т. п.
Это отличается от технологии, применяемой в Windows или Amiga, где для каждого устройства, на котором есть файловая система, используется свой корневой каталог, обозначенный литерой, например « a », « c », « d » и т. д.
Для того, чтобы подключать и отключать файловые системы на разных устройствах в одно общее дерево, используются процедуры монтирования и размонтирования, о которых речь пойдёт в лекции Работа с внешними устройствами. После того, как файловые системы на разных носителях подключены к общему дереву, содержащиеся на них данные доступны так, как если бы все они составляли единую файловую систему: пользователь может даже не знать, на каком устройстве какие файлы хранятся.
Положение любого каталога в дереве каталогов точно и однозначно описывается при помощи полного пути. Полный путь всегда начинается от корневого каталога и состоит из перечисления всех вершин, встретившихся при движении по рёбрам дерева до искомого каталога включительно. Названия соседних вершин разделяются символом « / » («слэш»). В Linux полный путь, например, до каталога « methody » в файловой системе, приведённой на рис. записывается следующим образом: сначала символ « / », обозначающий корневой каталог, затем к нему добавляется « home », затем разделитель « / », за которым следует название искомого каталога « methody », в результате получается полный путь « /home/methody ».
Весьма похожий способ записи полного пути используется в системах Windows, с той разницей, что корневой раздел обозначается литерой устройства с последующим двоеточием, а в качестве разделителя используется символ « \ » («обратный слэш»).
Расположение файла в файловой системе аналогичным образом определяется при помощи полного пути, только последним элементом в данном случае будет не название каталога, а название файла. Например, полный путь до созданного Мефодием файла « -filename-with- » будет выглядеть так: « /home/methody/-filename-with- ».
Полный путь к каталогу формально ничем не отличается от пути к файлу, т. е. по полному пути нельзя сказать наверняка, является ли его последний элемент файлом или каталогом. Чтобы отличать путь к каталогу, иногда используют запись с символом « / » в конце пути: « /home/methody/ ».
Организация каталогов файловой системы в виде дерева не допускает появления циклов: т. е. каталог не может содержать в себе каталог, в котором содержится сам. Благодаря этому ограничению полный путь до любого каталога или файла в файловой системе всегда будет конечным.
Источник
